變壓器油的擊穿電壓

變壓器油的擊穿電壓

變壓器油的擊穿電壓將電壓施加于絕緣油時(shí),隨著電壓增加,通過油的電流劇增,使之完全丟失所固有的絕緣性能而變成導(dǎo)體,這種現(xiàn)象稱為絕緣油的擊穿。

絕緣油發(fā)生擊穿時(shí)的臨界電壓值,稱為擊穿電壓,此時(shí)的電場強(qiáng)度,稱為油的絕緣強(qiáng)度,表明絕緣油反抗電場的力量。

擊穿電壓和絕緣強(qiáng)度的關(guān)系為=2-26式中-電極間距離。

純潔絕緣油與通常含有雜質(zhì)的絕緣油具有不同的擊穿機(jī)理。

前者的擊穿是由于游離所引起,可用氣體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理來解釋,即在高電場強(qiáng)度下,油分子碰撞游離成正離子和電子,進(jìn)而形成了電子崩。

電子崩向陽極進(jìn)展,而積累的正電荷則聚集在陰極四周,最終形成一個(gè)具有高電導(dǎo)的通道,導(dǎo)致絕緣油的擊穿。

通常絕緣油總是或多或少含有雜質(zhì),在這種狀況下,雜質(zhì)是造成絕緣油擊穿的主要緣由。

油中水滴、纖維和其他機(jī)械雜質(zhì)的介電系數(shù)￡比油的要大得多纖維的￡=7,水的=80,而變壓器油的￡,因此在電場作用下,雜質(zhì)將被吸引到電場強(qiáng)度較大的區(qū)域,在電極間構(gòu)成雜質(zhì)“小橋”,從而使油的擊穿強(qiáng)度降低。

如雜質(zhì)足夠多,則還能構(gòu)成貫穿電極間隙的“小橋”,流過較大的泄漏電流,使之劇烈發(fā)熱,并使油和水局部沸騰和氣化,結(jié)果擊穿就沿此“氣橋”而發(fā)生。

下面分別分析影響絕緣油擊穿電壓的各主要因素。

1測量絕緣油擊穿強(qiáng)度時(shí)采納的電極材料、電極外形和電極面積對(duì)油的絕緣強(qiáng)度有影響。

依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知,在同樣的試驗(yàn)條件下,不同電極材料測量的同種油樣絕緣強(qiáng)度的排列挨次為黃銅,即采納鐵電極測得值最低,而采納銀電極的測得值最高。

若按金屬的導(dǎo)熱性排序,則可得到排列挨次為黃銅。

可以看出,除個(gè)別例外,大體上絕緣強(qiáng)度是隨電極金屬導(dǎo)熱性增加而提高的。

通常是用黃銅而不是用紫銅來制造電極,由于紫銅簡單在表面上生成一層氧化膜;而在變壓器中實(shí)際采納的材料卻是純銅紫銅,而不是黃銅銅鋅合金。

討論這兩種材料制造的標(biāo)準(zhǔn)電極測得的變壓器油絕緣強(qiáng)度如表2-24所示。

可以看出,純銅電極的測得值比黃銅電極的測得值高,二者相差不超過10%15%。

因此可以說,采納黃銅電極比用純銅電極的試驗(yàn)條件更嚴(yán)格。

油種葩綻強(qiáng)堂嫌嗣電按黃霍電極成品童壓器油171極曲充櫓制妁變壓昜油20234表2-24電極材料對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響此外,電極外形、電極尺寸、電極之間的距離以及油杯的外形和容量都對(duì)擊穿電壓有影響。

討論表明,球形電極對(duì)油質(zhì)最敏感;其次是平板式電極;而一種所謂“臺(tái)階式塔形電極”,由于建立起的電場極不勻稱,所以幾乎看不出油質(zhì)污染對(duì)絕緣強(qiáng)度的影響。

圓盤電極邊緣若不是圓弧而是存在尖銳的棱角,則對(duì)絕緣強(qiáng)度有很大影響,這是由于油中極性雜質(zhì)將被吸引到這些局部高場強(qiáng)的地方,從而減輕了油的不勻稱性。

因此,電極邊緣有棱角時(shí),受潮油的絕緣強(qiáng)度總是比勻稱電場時(shí)偏高。

當(dāng)電極之間的距離足夠小時(shí),油的絕緣強(qiáng)度隨電極面積的增加而減小,但是當(dāng)電極間距離大于1時(shí),這種依靠關(guān)系就不存在了。

電極間距離對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響如圖2-43和圖2-44所示。

電極間距離、電極外形和尺寸的影響實(shí)際上是電場勻稱性的影響,因此電極和油杯的設(shè)計(jì)要保證電場的勻稱性和油中雜質(zhì)的勻稱分布,而在油第一次擊穿后所產(chǎn)生的殘?zhí)恳凶銐蜃詢魰r(shí)間,不致影響同一油樣后來的擊穿電壓測量。

3^2-43在電極間距離很小吋油般緣魚度1-頻率52頻率1204060電械克梢㈤-44電極間距離環(huán)同時(shí)油的維緣強(qiáng)度與電極直徑的關(guān)系⑵施加電壓的頻率和加壓速度都對(duì)油的絕緣強(qiáng)度有影響。

表2-25列出了頻率對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響。

隨著油純度的提高,其絕緣強(qiáng)度和頻率之間的依靠關(guān)系漸漸減弱。

麒率救幸油1鈾油02504加540253402570□03804880610表2-25頻率對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響隨著施加電壓的速度減緩,由于在電極之間的空間內(nèi)吸引了大量的低沸點(diǎn)雜質(zhì),所以油的絕緣強(qiáng)度會(huì)有所降低。

各國采納的電極形式、尺寸和電極間距離有所不同,規(guī)定的升壓速度也有區(qū)分。

在我國507-2023《絕緣油擊穿電壓測定法》中對(duì)此有明確規(guī)定。

油的絕緣強(qiáng)度和溫度的關(guān)系取決于油的純潔程度。

充分干燥并脫氣的油,在20120溫度范圍內(nèi),油的絕緣強(qiáng)度幾乎沒有變化。

當(dāng)油中含有水分時(shí),則油的絕緣強(qiáng)度隨溫度的上升而增加,并在6080達(dá)到最大值。

當(dāng)溫度連續(xù)上升時(shí),油絕緣強(qiáng)度有所降低,如圖2-45所示。

對(duì)此的解釋是:隨著溫度上升,油中水分因蒸發(fā)而削減會(huì)全部或部分由懸浮態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài),故絕緣強(qiáng)度增高。

當(dāng)達(dá)到最大值后連續(xù)上升溫度,油中水分和油的輕質(zhì)成分氣化形成氣泡使絕緣強(qiáng)度降低。

1干燥的油;2-油+%水分加熱過程中測得的曲線;3-油+%水分在冷卻過程中測得的曲線;4-油+%水分加熱過程中測得的曲線;5-油+%水分在加熱過程中測得的曲線圖2-45油的絕緣強(qiáng)度與溫度的關(guān)系4水分對(duì)油的絕緣強(qiáng)度有重要影響。

油是否易受潮與其化學(xué)成分和油中極性雜質(zhì)的存在有關(guān)。

使油絕緣強(qiáng)度降低的主要緣由是懸濁態(tài)水,分子溶解態(tài)水對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響要小得多。

油中水分對(duì)絕緣強(qiáng)度的影響如圖2-46所示。

圖2-46在標(biāo)準(zhǔn)油杯中變壓器油的工頻擊穿電壓和含水量的關(guān)系5機(jī)械雜質(zhì)纖維等和極性雜質(zhì)對(duì)油絕緣強(qiáng)度存在影響。

由圖2-47可知,各種油的絕緣強(qiáng)度隨著受潮時(shí)間的延長而降低是很明顯的。

纖維在吸潮后更簡單在高場強(qiáng)下形成“小橋”,導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度降低。

顆粒含量對(duì)油絕緣強(qiáng)度及含水量關(guān)系的影響,如圖2-48所示。

2油84聰潮時(shí)間〔冃】圖2-47空氣濕度為98%時(shí)幾種受潮油絕緣強(qiáng)度與受潮時(shí)間的關(guān)系4;-^毎]■油中含木耀圖2-48油的絕緣強(qiáng)度擊穿電壓與含水量和懸浮顆粒含量的關(guān)系1-純油;2-;3-;4-,大致具有如表2-26所示的規(guī)律。

電導(dǎo)率髙屛點(diǎn)靭麻⑹益椅***表2-26極性物質(zhì)對(duì)油的電導(dǎo)率和絕緣強(qiáng)度的影響高瓶莒物為、軟脂,砸詣戰(zhàn)和其他撤稈;不劇不影響討論的樓牲物更在狗中苦罪吃狀態(tài)不踽恆瀛諭就以乙躲耳嚼擁乙諄等衿眼不見的蠱孚祓6溶解氣體對(duì)絕緣強(qiáng)度有很大影響,如表2-27所示。

濕度不同的空氣對(duì)油絕緣強(qiáng)